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3D激光扫描技术为圆明园散落石块找“归宿”

发布时间:2018-01-11 15:59

  西洋楼,圆明园的一角,虽然面积只占全园总面积的1.5%,但其残破的西洋风格遗址是中国人最熟悉的圆明园标志,每一张圆明园明信片几乎都取景自西洋楼。到访西洋楼的游客,似乎都习惯了这里每一处石构件的摆放,似乎没有游客会去深究——“这些散落的石块原来应该在哪儿?”

 

  但有一群人,正在利用3D激光扫描技术,帮散落的石构件找到“归宿”。

  北京清华同衡规划设计研究院建筑与城市遗产研究所(以下简称“清华同衡遗产所”)所长肖金亮,在接受北京晚报专访时表示,清华同衡遗产所从2009年开始就大规模利用数字化技术,为圆明园内的遗迹寻找精确定位。“圆明园内遗存下来的石构件数量巨大,同时又缺少图纸等原始资料,我们的工作每天都在不断更新,尽量找到每一块石构件原来的位置。”

  在3D激光扫描技术的帮助下,学科带头人清华教授郭黛姮和肖金亮及团队,不仅帮西洋楼的石块找到“归宿”,甚至还修复了已经坍塌的碧澜桥。

  没图纸?石构件3D模型助复位

  始建于1709年的圆明园,其精致与恢弘已无须赘述。在1860年遭英法联军劫掠后,“万园之园”只剩下残垣断壁。从那以后,我们只能借助绘画和老照片,想象圆明园巅峰时的壮美。

  “我们现在看到的西洋楼,是1980年清理之后的样子。”肖金亮说,圆明园在1860年遭劫后,由于社会动荡、疏于管理,军阀和附近村民都对圆明园遗址进行过盗取。到了1960年,西洋楼的很多遗迹已经被土堆掩埋。直到1985年前后,圆明园才迎来了一次较为彻底的清理,许多现在的景点才重见天日。“不过,当时的技术条件受限,西洋楼的很多东西并没有严格按照原位摆放。有些应该立着的石构件,现在是躺着的。”

  对于古建筑研究这个专业来说,西洋楼的特别之处就在于它虽遭破坏,却留下了大量石构件。古埃及金字塔、古希腊神庙、古罗马斗兽场都因大量采用石材而留存至今,在木材被烧毁、夯土已坍塌的情况下,西洋楼的石构件显得弥足珍贵。时至今日,随着考古工作日益深入,还有石构件不断被发现。但问题也随之而来,这些残破的石构件原来属于哪座建筑?应该在什么位置?

  “或许大家自然而然都会想到找图纸,可实际情况是,关于西洋楼的‘样式雷图’数量很少。”

  样式雷,是对清代200多年间主持皇家建筑设计的雷姓世家的誉称。雷家是清代内务府样式房的掌案头目人,为皇家进行宫殿、苑囿、陵寝、庙宇等设计和修建。“样式雷图”就是雷家留下来的图纸,这些图纸有的是设计图,有的是测绘图,数量繁多,原先在样式房有专门管理。但到了清末,管理混乱,“样式雷图”被太监宫女们夹带着流出宫外,在民间四处流转。

  “像圆明园西洋楼这样西式表达的建筑,图纸本来就少。现在仅存的一些圆明园‘样式雷图’,分散在故宫、国图、第一历史档案馆、清华等单位。虽然有一些整理,但大部分都需要辨别。”

  怎么办?借助3D激光扫描是个好办法。利用精确到毫米以下级的扫描技术,肖金亮和同事们把散落的石构件变成了电脑里的3D模型。“在电脑里,我们可以一点点去试、去拼接,找到构件之间的对位关系,特别对于曲线形状的构件,原来手工测量难以测得的形状,现在都准确测量了。”

  有缺失?新科技老手艺修石桥

  新科技的运用,让研究团队知道那些散落在圆明园遗址地上的石构件原先属于哪儿。“我们在不断更新数据库,万一哪天石构件某些原因出现缺损——当然我们不希望有那一天,可以利用数据库里的信息,去追溯损坏石构件的原样。”

  机会总是留给有准备的人,一座石桥遗址的出土,给了研究团队实践的机会。

  这座石桥位于圆明园坦坦荡荡景区,上有乾隆御笔刻字“碧澜桥”,2002年被发掘出土时,构件已经散落。2006年,介入石桥复原工作时,清华同衡遗产所再次遇到了缺少图纸的情况。于是,利用3D激光扫描技术,研究者们在电脑里完成了对石桥主要构造的拼接。

  “如果按照现在修建一座仿古石桥的方法,用吊车安装石构件,那很容易造成文物损坏。但是在电脑里,像搭积木一样,依照石桥的弧度,遵循石构件之间的榫卯结构,一点点找到每个石构件的精确位置,可以不触及石构件,避免了搬运过程中的损坏。”

  当拼接工作在电脑里完成时,不仅现存的构件都回归了原位,还能精确定位缺失的部分。再次借助现代科技,他们对老石材进行了化学成分分析,并在北京周边找到了清代开采这批石材的矿脉。“我们还找到了房山区的石材雕刻非遗传承人,请他们按照我们扫描下来的花纹,补齐了缺失的部分。这可以说是现代科技和传统手艺的完美结合。”